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介紹
選擇性波峰焊缺陷及預防，當前影響焊接工藝的主要問題在于有鉛向無鉛焊接轉換和微型化趨勢。微型焊接指的是一個印刷電路板上有更多的SMD元件。加工焊點的焊接技術包括更多的回流應用。組裝的通孔元件應當被自動焊接才能保證*質量。元件和電子板的連接方式取決于焊點的數(shù)量，但對大多數(shù)產品來說，選擇性焊接是替代托盤方式波峰焊焊接或手動焊接的*方式。
焊接技術如今已相當純熟，但仍具有典型缺陷。只能本地提供的無鉛焊料熔點高，需要較高的操作溫度，這就增加了某些特定缺陷發(fā)生的風險，包括以下各項：
· 焊點剝離
· 焊點剝離
· 拖尾
· 錫橋
· 錫球
· 銅墊溶解
高溫給助焊劑帶來不小的挑戰(zhàn)。助焊劑太少可能造成虛焊等焊接缺陷，太多又會因殘余的助焊劑導致電子遷移。本篇論文將討論這些典型的缺陷，并介紹如何優(yōu)化工藝參數(shù)來預防缺陷。
焊點剝離
圖1：在此階段，固化熱量擴散到焊點區(qū)（參見圖1），促使焊點上以及附近所有零件溫度增加。
拖尾
圖3：拖尾；焊料殘留物僅在噴嘴區(qū)周圍
錫橋
焊點剝離
Pad剝離、焊點剝離和焊點撕裂是由于PCB的基材如環(huán)氧樹脂/玻璃FR-4層壓材料和PCB上銅孔銅線之間的熱膨脹系數(shù)有差異造成。在接觸焊料過程中，電路板Z方向上的熱膨脹會相對比較大。這種膨脹導致pad變成圓錐形。這是因為環(huán)氧樹脂的熱膨脹系數(shù)比銅通孔和線大得多。即使焊點已通過選擇焊波峰或浸入到噴嘴的焊料里，電路板仍繼續(xù)膨脹，因為大部分的固化熱量已傳到相鄰的板材。
電路板離開焊料后，焊料裝置到連接件上的熱遷移停止，連接件冷卻到室溫。在此階段，固化熱量擴散到焊點區(qū)（參見圖1），促使焊點上以及附近所有零件溫度增加。當所有的固化能量*釋放，焊點溫度漸漸降到室溫。接著焊點開始固化，電路板冷卻，并恢復其原有的平面形狀。這一運動過程給焊點表面帶來相當大的壓力，而焊點在此階段仍不牢固。因此，這種壓力可能會導致焊墊浮離。另外，如果焊墊和電路板之間的粘附性比焊料與電子板的粘附性強，就會導致焊料表面破裂，這稱為焊腳撕裂。
焊點剝離在IPC-A-610D5.2.10中有具體描述。可接受焊料底部從電鍍通孔連接件主面（焊接面）頂部的脫離。總的來說，很難消除這些缺陷。但可以通過選擇更小的Z軸膨脹系數(shù)這樣合適的電路板材料，縮小電鍍通孔輔面的焊墊尺寸或者在焊墊上印刷阻焊劑來改善。
圖1：在此階段，固化熱量擴散到焊點區(qū)（參見圖1），促使焊點上以及附近所有零件溫度增加。
拖尾
下一個缺陷問題主要討論通過減少拖尾來優(yōu)化多峰焊工藝。架線指的是僅在噴嘴區(qū)外的焊料殘留物，它的輪廓與噴嘴邊緣有關。這些殘留物一般是由于焊料熔塌造成的。這些架線包含不同形狀的焊料微粒，比如不同尺寸的氧化焊料薄網和錫球，但這些微粒大多是非常小的。使用適量的助焊劑將噴嘴區(qū)域*覆蓋可以清除多峰噴嘴旁的拖尾。在無助焊劑的情況下，焊料上的阻焊劑也會造成拖尾。
圖2：參數(shù)對拖尾的影響。只有焊接溫度（越低越好）和助焊劑量（越多越好）對拖尾有明顯的影響。
進行大規(guī)模的Taguchi實驗（L16對照9組不同的參數(shù)）找出影響拖尾的參數(shù)。實驗表明，只有焊料溫度和助焊劑量這兩種參數(shù)對拖尾有顯著影響。因此當出現(xiàn)拖尾情況，應該嘗試調節(jié)助焊劑用量。此外，在噴嘴外緣涂抹更多的助焊劑有助于降低焊料溫度。使用SnPB，焊料溫度可以降到260℃。降后溫度足以完成通孔填充。
圖3：拖尾；焊料殘留物僅在噴嘴區(qū)周圍
錫橋
錫橋在選擇性焊接（拖焊）和多波焊接（雙列直插式封裝）工藝中表現(xiàn)出不同的現(xiàn)象。在拖焊工藝中，穩(wěn)定的焊錫流至關重要。焊料從組裝的反方向流出。當焊料開始流向背面（沿著電路板方向），就出現(xiàn)了錫橋。熱氮氣刮刀迫使焊料反向流動并消除錫橋。
如果焊料開始沿著引腳流動，如圖4所示，PIN腳離開焊料的地方將滑離噴嘴。這時，焊料會冷卻，固化，形成錫橋。水平焊接能夠降低不穩(wěn)定焊錫流風險。
圖4：不穩(wěn)定的焊錫流。無鉛焊料有偏離噴嘴，沿著引腳流動的趨勢。
圖4：不穩(wěn)定的焊錫流。無鉛焊料有偏離噴嘴，沿著引腳流動的趨勢。
在雙列直插式封裝工藝中，如果設計適當可以避免錫橋。引腳短些，焊墊小些，PIN腳之間的間距寬些可以降低形成錫橋的風險。Taguchi實驗顯示了機器參數(shù)的影響。10 mg/cm²或更多的助焊劑量和較低的焊料溫度是防止形成錫橋的*組合。此外，實驗表明，在電路板熱質量不高的情況下，預熱溫度對選擇性焊接幾乎沒有影響。雙列直插式封裝時間短，焊料減速緩慢時產量zui高。
圖5：L9 Taguchi實驗結果顯示的是多波情況下，不同的參數(shù)對錫橋的反應。
錫球
圖7：組裝過程中，溫度達到320℃時，銅墊上的所有銅都溶解成焊料。
總結
圖5：L9 Taguchi實驗結果顯示的是多波情況下，不同的參數(shù)對錫橋的反應。
錫球
錫球主要是由于高溫和變得更粘的阻焊劑產生的。此外，助焊劑比其它物質更易產生錫球。在雙列直插式封裝焊接工藝中，錫球通常出現(xiàn)在各個PIN腳之間，例如圖6，錫球出現(xiàn)在錫橋周圍。
圖6：在焊接區(qū)中，四個PIN腳之間的錫橋被大量的錫球圍繞。
銅墊溶解
圖6：在焊接區(qū)中，四個PIN腳之間的錫橋被大量的錫球圍繞。
銅墊溶解
較高的焊接溫度，使銅有溶解成焊料的風險。由于無鉛焊料含錫量較多，在高溫下，電路板上銅的溶解速度急劇加快。在選擇焊波峰上，流動的焊料形成焊點，這個過程比雙列直插式封裝工藝重要得多。接觸越頻繁（機器人速度1mm/sec或更慢），焊接溫度越高（>300 ºC），風險越大。除了為機器設置合適的參數(shù)，較厚的銅層也很重要，也正因如此，應當每兩個月檢查一次焊料含銅量，確保含銅量不能超過1%;否則焊點可靠性將大打折扣。
圖7：組裝過程中，溫度達到320℃時，銅墊上的所有銅都溶解成焊料。
總結
選擇合適的參數(shù)，選擇性焊接就能成功運用。由于需要高溫，其它焊接工藝轉變成無鉛焊接是一項相當大的挑戰(zhàn)。選擇性焊接工藝zui大優(yōu)點是其靈活性能夠優(yōu)化每一個元件。如必要的話，可以為每一個浸潤有問題的元件涂更多的助焊劑，侵泡更長時間，而不會因為溫度過高而損壞周圍其它的元件。
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